Динамика судна. Общие понятия гидромеханики

Порядок прохождения курса ТУС в 7 семестре
Теоретическое обучение:
Основы гидромеханики;
Ходкость судна и движители;
Мореходность судна;
Управляемость судна
Практические занятия:
Курсовая работа
Отчетность:
Курсовая работа (зачет с оценкой)
Экзамен (итоговый)

Литература
Теория и устройство судов. Под ред. Ф.М. Кацмана. Л. Судостроение 1991г
2. Методические указания по выполнению курсового проекта на тему: «Оценка мореходных качеств судна». Электронное издание, ГМА каф. МиУС 2015г

ГУМРФ им. адмирала С.О. Макарова
Теория судна
Модуль 7 Общие понятия гидромеханики

Вопросы
Общие понятия гидромеханики
Понятие о пограничном слое

1. Общие понятия гидромеханики

Пресная вода –химическое соединение H2O
Морская вода –однородный многокомпонентный раствор
Состав (в среднем):
96,5% воды
3,5% солей
Вода - практически несжимаемая жидкость

Вязкость и весомость жидкости определяют:
Взаимодействие воды с движущимися в ней судами
Механизм процессов волнообразования

Характеристика весомости воды – ее плотность
Плотность воды ρ – это масса воды, приходящаяся на единицу ее объема:
кг/м3 (т/м3)
М – масса воды, V – занимаемый этой массой объем

Плотность и удельный вес
Удельный вес – это сила тяжести воды, приходящаяся на единицу ее объема
Удельный вес воды:
= ρg, кН/м3
Для пресной воды:
ρ = 1 т/м3, γ = 9,81 кН/м3

Плотность морской воды
Плотность морской воды зависит от ее температуры, солености и глубины
На поверхности океана:
ρ = 1,000 - 1,028т/м3
На глубине 11000 м:
ρ = 1,076т/м3

Вязкость воды
Вязкость – это свойство воды противодействовать и сопутствовать относительному перемещению частиц (и слоев) воды
Вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости (иначе - динамической вязкостью):
μ [мю], кГ/(м с)

Кинематическая вязкость воды ν [ню]
Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости к плотности воды
, м2/с
Вязкость воды зависит от температуры
В расчетах полагают ν = 1,57 м2/с , (t = 4°С)

Гидростатическое давление – давление столба жидкости
В состоянии покоя в жидкости действует только гидростатическое давление
Уравнение гидростатики:
pа – атмосферное давление на поверхности воды
Н – глубина точки измерения от поверхности воды

Течение жидкости
В гидромеханике движение жидкости представляют, как поток движущихся жидких частиц
Различают два режима течения :
1. Ламинарное течение
2. Турбулентное течение

Ламинарный и турбулентный режимы течения
1. Ламинарное течение: частицы воды движутся «слоями», перемешивание частиц между слоями отсутствует
2. Турбулентное течение: частицы совершают хаотическое движение с переменными по величине и направлению скоростями

Вихревое и безвихревое течение
Турбулентное течение может быть безвихревым и вихревым
При вихревом движении частицы воды закручиваются, образуя вихри
Обычно движение воды имеет вихревой характер

Ламинарное и турбулентное течение
Область ламинарного течения
Область турбулентного течения

Разложение сил, действующих на частицу воды
Частица воды
Нормальная сила
Касательная сила
Сила, действующая на частицу
Площадь поверхности

Гидродинамические давления
Гидродинамическое давление - это отношение нормальной сжимающей силы к площади поверхности
Давление в движущейся воде не может упасть ниже давления насыщенных паров воды pн
При снижении давления до величины pн вода превращается в пар

Движение частиц жидкости в потоке
Частицы при движении соприкасаются друг с другом, с поверхностью судна, руля, лопастью винта
Вследствие вязкости жидкости возникает внутреннее трение, изменяющее характер потока

2. Понятие о пограничном слое

Понятие о пограничном слое
Частицы воды вблизи движущегося корпуса судна (руля, лопасти винта) за счет внутреннего трения приобретают скорости
По мере удаления от корпуса скорости частиц уменьшаются
Пограничный слой – это тонкий слой, в котором происходит взаимодействие судна с потоком воды

Понятие о пограничном слое
V
Изменение скоростей частиц воды
Пограничный слой
V

Понятие о пограничном слое
Движение воды в пограничном слое носит вихревой характер
За пределами пограничного слоя движение воды можно считать безвихревым, или иначе - потенциальным

Линии тока
Линией тока называется кривая, каждой точке которой соответствует касательная, совпадающая со скоростью частиц воды в данный момент
Линии тока дают геометрическое представление о потоке воды

Линия тока
V1
V2
V3
Линия тока
Поверхность, образованная линиями тока,
называется поверхностью тока

Трубка тока
Поверхность тока, образованная линями тока,
проходящими через замкнутый контур,
называется трубкой тока

Обращение движения в гидромеханике
При изучении движения судна (лопасти винта, пера руля) с постоянной по величине и направлению скоростью используется принцип обращения движения
Судно останавливается, а поток воды набегает со скоростью, равной скорости судна в неподвижной воде

Гидродинамические силы, действующие на судно в обращенном движении – те же, что и в необращенном движении

V
Обращенное движение
(судно неподвижно, поток воды
набегает на судно)
Прямое движение
(судно движется, вода неподвижна)